輸電線路防止雷電的改進措施

［摘要］ 文章通過在電網雷電活動頻繁地區(qū)的110 kV線路上采用合成絕緣外套金屬氧化物避雷器改進防雷措施的研究，經過試驗和實際運行，證明此改進是成功、經濟和有效的。江蘇南通位于平原，常年雨水充足，雷電活動非常頻繁，應選擇復合絕緣外套氧化鋅避雷器。

［關鍵詞］ 輸電線路；防雷；接地；改進措施

［作者簡介］張浩，啟東市供電公司，研究方向：線路安全運行，江蘇啟東，226200

［中圖分類號］ TM863［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1007-7723（2008）07-0153-0004

電網中的事故以輸電線路的故障占大部分，輸電線路的故障又以雷擊跳閘占的比重較大，尤其是在山區(qū)的輸電線路中，線路故障基本上是由于雷擊跳閘引起的。據運行記錄，架空輸電線路的供電故障一半是雷電引起的，所以防止雷擊跳閘可大大降低輸電線路的故障，進而降低電網中事故的發(fā)生頻率。防治方法比較多，第一是保護導線不遭直接雷擊。多采用避雷針、地線。第二是雷擊塔頂或地線后，不導致絕緣閃絡。主要辦法是降低接地電阻，適當加強絕緣，加掛耦合地線。第三是即使發(fā)生沖擊閃絡，也不引起線路跳閘。一般采用將系統(tǒng)中性點不接地或經消弧線圈接地的接地方式。第四是即使跳閘也不致中斷供電。一般采用自動重合閘或雙回路，環(huán)網供電。

經多年摸索，我國的輸電線路防雷基本形成了一系列行之有效的常規(guī)防雷方法，如降低接地電阻、架設避雷線、安裝自動重合閘等。但是對于一些山區(qū)線路，雷害十分頻繁，降低接地電阻又極其困難，而且費用高、工作量大，效果也受到一定的限制。由于近些年110 kV及以上電壓等級的合成絕緣外套金屬氧化物避雷器的研制成功，為解決線路的防雷提供了一種新的手段。經過數年的運行實踐和一系列的帶電監(jiān)測研究，證明這種改進的防雷措施對于山區(qū)線路的防雷是經濟、有效的。

一、線路的基本情況及改造情況

（一）線路的基本情況

江蘇南通位于平原，常年雨水充足，雷電活動非常頻繁，年雷電累計近百日，每年由于雷擊而引起的故障占全年運行故障的60%左右。因為有部分線路在狼山低丘和其他平原丘陵上，所以雷擊點的查找以及瓷瓶串的更換較困難，工作量較大。

據資料介紹，雷擊是有選擇性的。220 kV新(安江)杭(州)一回全長119.4 km，于1960年9月28日投運，自1962年起在線路上安裝了大量的磁鋼棒進行測量記錄。通過1962年至1988年的雷電流幅值記錄和1961年至1994年的線路雷擊跳閘率分析指出，雷擊是有選擇性的，線路全長一半左右無雷擊記錄，多雷區(qū)和易擊點約占全線的1/3，加強多雷區(qū)和易擊點的防雷措施能顯著降低雷擊跳閘率。所以，我們決定在南通線路129～167號桿上安裝避雷器，以降低該線路的雷擊跳閘率。

（二）南通線路129～167號桿的改進情況

1.接地的改善

129～167號桿中接地電阻值高的桿塔共有11基，此段桿塔丘陵地段比例較大；我們對該段的接地進行了改善，重新埋設了接地引下線，對于接地土壤不好的采取了換土措施，較嚴重的采取了埋設連續(xù)伸長接地體的措施，工程實施后輸電桿塔的接地電阻有了明顯的降低，如表2所示。

2.外絕緣的改善

我們對于這一段線路中所有的零值瓷瓶進行了更換，并且對所有的直線桿塔(保證對地距離足夠的條件下)每相增加一片絕緣子，改為采用8片 XP-7絕緣子。實施后的絕緣子爬電距離(下稱爬距)、泄漏比距(下稱泄比)與實施前的對照表參見表3。從表中可以明顯看到，線路的絕緣水平有較大幅度的提高。

二、避雷器的選擇及參數的確定

（一）避雷器的選擇

1.選擇復合絕緣外套氧化鋅避雷器

由于常用的避雷器是瓷外套，比較重，安裝不便，使用在線路上有一定的局限性，而且如果發(fā)生爆炸，它的碎片將危及臨近絕緣子的運行安全，所以必須選擇一種比較適合于線路上使用的避雷器。

隨著國內硅橡膠技術的發(fā)展，近些年研制成功的復合絕緣外套氧化鋅避雷器就是一種適合懸掛于線路桿塔上的避雷器。與傳統(tǒng)的瓷外套避雷器相比，它除去了笨重的外套，改用新型硅橡膠復合有機外套，因而它具有重量輕等優(yōu)點，甚至在復合外套避雷器損壞時能允許線路繼續(xù)運行，而其電氣特性、保護特性方面大體與瓷外套避雷器相當。

國際上，美國、日本、俄羅斯等國已大量使用復合外套氧化鋅避雷器，在美國的公路上隨處可見運行中的配電變壓器都帶有復合外套氧化鋅避雷器。據統(tǒng)計，美國已有上千萬只復合外套氧化鋅避雷器在電網中使用。隨著我國硅橡膠技術的發(fā)展，我國也相繼研制成功了110 kV、220 kV的復合外套氧化鋅避雷器。表4是北京某公司研制的110 kV復合外套氧化鋅避雷器的電氣特性。

2.選擇外部帶間隙的復合絕緣外套氧化鋅避雷器

懸掛在線路鐵塔上的復合絕緣外套氧化鋅避雷器有兩種：一種是外部帶間隙的復合絕緣外套氧化鋅避雷器(簡稱 GMOA)；另一種是外部不串間隙的復合絕緣外套氧化鋅避雷器(WGMOA)。GMOA的外串間隙在線路正常運行時能夠隔離電網運行電壓，保持MOA不承受電壓。所以，避雷器的額電壓可以選得較低，而且在MOA故障損壞時允許線路繼續(xù)運行，但是這種避雷器的保護特性較差，放電特性主要由間隙決定，其沖擊放電電壓比避雷器的殘壓要高得多。圖5給出了北京某公司研制的110 kV等級帶串聯(lián)外間隙的避雷器的外間隙沖擊放電電壓的試驗結果。當WGMOA懸掛在線路上運行時，其運行狀況可隨時得到監(jiān)視，且安裝方便，保護特性相對來說較好，僅決定于避雷器的殘壓。兩種避雷器使用時各有優(yōu)缺點，為了安裝方便、獲得好的保護效果，并便于監(jiān)視避雷器的運行狀況，決定選擇使用外部不串間隙的復合絕緣外套氧化鋅避雷器。

（二）避雷器參數的選擇

由于我們選擇使用WGMOA，避雷器長期運行在相電壓下，且線路運行條件比變電站內的運行條件苛刻，為了避雷器運行的可靠性，將110 kV復合絕緣外套氧化鋅避雷器的額定電壓由100 kV提高到120 kV，持續(xù)運行電壓由73 kV提高到90 kV，直流1 mA電壓提高到170 kV。考慮到避雷器遭直擊雷的幾率大，因而避雷器的大電流耐受水平由65 kA提高到100 kA，具體參數見表6。

另外，由于避雷器長期懸掛于線路上并承受相電壓的作用，我們在避雷器的型式試驗中增加了在避雷器施加拉力試驗過程中的局放試驗。試驗時取110 kV避雷器一支，軸向施加靜態(tài)機械負荷，施加拉力分別為500 kg、750 kg，在此負荷狀態(tài)下施加1.05倍Uc，測量避雷器的局部放電，試驗的結果見表7。

試驗結果表明，當軸向機械負荷加到額定破壞負荷時，局部放電沒有變化。所以，其機電性能是穩(wěn)定的，達到了設計要求。

三、避雷器的安裝情況

（一）避雷器的交接試驗

為了在安裝前了解避雷器的性能，華北電力科學研究院對17只復合絕緣外套氧化鋅避雷器進行了交接試驗，試驗項目包括避雷器的絕緣電阻測試、直流試驗（直流1 mA電壓的測量、75%直流1 mA電壓下泄漏電流的測量）、交流試驗等，試驗結果合格。

（二）避雷器安裝位置的確定

經過研究，決定在直線絕緣子串和耐張絕緣子串上安裝避雷器?？紤]到在直線桿塔(垂直絕緣子串)上避雷器安裝位置緊臨絕緣子串，此時絕緣子串上的電壓分布是否會影響避雷器的電位分布，繼而影響避雷器的泄漏電流，從而加速避雷器的劣化過程，縮短避雷器的使用壽命，為此進行了模擬試驗。試驗的結果顯示，避雷器的這種安裝位置對于避雷器的使用壽命影響很小，也基本不會影響帶電試驗的試驗結果。

另外，考慮到桿塔的海拔高度、地形地貌以及避雷器的保護范圍，還考慮到水平排列的三相的中間相（B相）基本上不會遭受直擊雷，而三角形排列的頂相由于易遭雷擊而需安裝避雷器(如130 號桿)等原則；所以，我們在桿塔上裝設了復合絕緣外套氧化鋅避雷器，具體安裝情況見表8。

四、避雷器的運行狀況及分析

（一）避雷器帶電試驗

17只避雷器在進行了交接試驗后，2005年安裝，并于2005年12月進行了第一次帶電測試，以積累避雷器帶電試驗的初始數據。然后在雷雨季開始后每個月進行帶電測試。從帶電測試的結果看，避雷器運行正常。為了檢驗避雷器的性能，在雷雨季節(jié)過后，隨機抽取了兩只避雷器，然后帶電拆下進行試驗，試驗結果合格，也就是說避雷器在經過一個雷雨季節(jié)的運行后，性能良好。

（二）避雷器動作情況

截至2007年6月，該線路中避雷器總共動作了5次，其中2006年的雷雨季節(jié)期間動作了2次，都在140號桿塔的A相；2007年避雷器動作了3次，138號桿塔A相、140號桿塔A相、145號桿塔各一次。

避雷器5次動作，使本地線路5次受到避雷器的保護，避免了線路5次跳閘，所以安裝避雷器的效果是明顯的。

（三）線路的運行情況

南通供電公司的110 kV線路自從2005年12月安裝避雷器以來，運行直到2007年6月，線路僅跳閘一次(2006年8月31日)，事故點在117號塔，是由于桿塔遭受雷擊造成的。該塔距129號桿12基桿塔，在安裝的避雷器的保護范圍以外。所以反過來可以說明，避雷器的保護效果是明顯的，即在避雷器的保護范圍以內的桿塔均受到避雷器的保護，而在保護范圍外的桿塔會遭受雷擊。

可以看出，五次雷擊跳閘時間比較集中，所以避雷器的安裝位置是比較合理的，它避免了線路五次跳閘，避雷器的效果也是很明顯的。

綜合比較這幾年的運行情況，可以發(fā)現南通線自2005年12月安裝了避雷器以來，確確實實保護了線路，減少了雷擊跳閘的次數，所以在線路上安裝合成絕緣外套氧化鋅避雷器能收到很好的保護效果。

五、結語

南通供電公司的一條110 kV輸電線路，由于經過高地的一段桿塔，在雷雨季節(jié)經常遭受雷擊，造成線路跳閘，在這段桿塔降低接地電阻比較困難，且費用高、工作量大，效果也受到一定的限制。為了解決這個問題，在該線路117號、129～167號桿塔上安裝了總共20只合成絕緣外套金屬氧化物避雷器。實踐證明，避雷器一共動作了5次，有效地保護了線路。

經一年多的運行實踐，合成絕緣外套避雷器參數選擇正確、布置合理，能很好地保護線路，防止雷擊跳閘。

在該處的110 kV線路上安裝合成絕緣外套避雷器來保護線路，運行經驗表明，在線路上安裝適合于線路運行的合成絕緣外套金屬氧化物避雷器來保護線路是一種經濟的、有效的、可行的方法，是一種值得推薦的、有效的山區(qū)線路防雷方法。

總之，輸電線路的防雷并不只是以上一些措施就能徹底解決的，而是一個任重而道遠的任務，在今后的線路維護工作中肯定還會遇到新問題。隨著運行管理經驗的不斷豐富，再將成熟的新方法和新技術運用到實際工作中去，相信我們的線路防雷工作一定會提到一個更高的水平。

［參考文獻］

［1］戴瑜興.民用建筑電氣設計手冊［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1999.

［2］中國航空工業(yè)規(guī)劃設計研究院.工業(yè)與民用配電設計手冊:第2版［S］.北京:水利電力出版社，2002.

［3］電力工程高壓送電線路設計手冊［S］.

［4］DL/T 620-1997.交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合［S］.

［5］DL/T 5092-1999P .110～500kV架空送電線路設計技術規(guī)程［S］.

［6］防止電力生產重大事故的二十五項重點要求［S］.